三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計學(xué)號：課程設(shè)計題目三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計學(xué)院自動化學(xué)院專業(yè)自動化專業(yè)班級自動化0905班姓名指導(dǎo)教師李波李彬2011 年 7 月 12 日目錄引言1設(shè)計意義及要求4.1.1設(shè)計意義 41.2 設(shè)計要求 42方案設(shè)計52.1設(shè)計思路 52.2方案設(shè)計 52.2.1設(shè)計方案一電路圖 52.2.2設(shè)計方案二電路圖 62.3方案比較 63部分電路設(shè)計 73.1四十進制設(shè)計 73.2搖擺狀態(tài) 83.3 暗點循環(huán) 93.4逐個點亮逐個熄滅103.5時鐘脈沖信號的制作 104調(diào)試與檢測 114.1調(diào)試中故障及解決辦法 114.2調(diào)試與運行結(jié)果 125仿真操作步驟及使用說明

2、12結(jié)束語1.3參考文獻1.4附錄電路圖15本科生課程設(shè)計成績評定表引言本次課程設(shè)計，要求運用數(shù)字電路設(shè)計一個三種圖案霓虹燈控制 器，初始條件：運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識； 用到的元件： 實驗板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片等。要求完成的主要任務(wù)：現(xiàn)有4只彩燈，紅-綠-藍-黃，試設(shè)計 控制器，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案，彩燈控制器的三種圖案及其 狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下所示：1、搖擺狀態(tài)0101 1010，重復(fù)6次。2、暗點循環(huán)011110111101 11100111這樣重復(fù)循環(huán)3次。3、逐個點亮，逐個熄滅，000010001100111011110111 001100010000這

3、樣重復(fù)循環(huán)2次。霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述1至3步自動重復(fù)循環(huán)。時間間隔為1 秒。時間安排：第1天 下達課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第24天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案；第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第68天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；第911天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；第1214天 補充完成課程設(shè)計報告和答辯。1設(shè)計意義及要求1.1 設(shè)計意義在現(xiàn)在的生活中， 霓虹燈隨處可見， 夠掌握霓虹燈的原理，而且能夠運用數(shù)字電路設(shè)計出自己想要的圖案這已經(jīng)成為最基本得一項任務(wù)。1.2 設(shè)計要求現(xiàn)有四只彩燈，運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識，

4、試設(shè)計彩燈控制器， 要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案，彩燈控制器的三種圖案及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下所示：1、搖擺狀態(tài)0101 -t 1010，重復(fù)6次；2、暗點循環(huán)0111 1011 1101 1110 t 0111這樣重復(fù)循環(huán) 3次；3、 逐個點亮，逐個熄滅，0000 t 1000t 1100t 1110t 1111t 0111 t 0011 t 0001 t OOOOt 這樣重 復(fù)循環(huán)2次。霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述 1至3步自動重復(fù)循環(huán)。時間間隔為 1秒。2、方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路首先，先分別設(shè)計出各個圖案轉(zhuǎn)換的方案，即能夠分別單獨的實現(xiàn)搖擺狀態(tài)、暗點循環(huán)和逐個點亮逐個熄滅的狀態(tài)。然后再設(shè)計一個四十

5、進制，前12秒使搖擺狀態(tài)進行正常工作， 13到24秒使暗點循環(huán)正常工作，最后16秒使最后一個狀態(tài)正常工作。最后通過邏輯電路實現(xiàn)四只彩燈按設(shè)計要求進行正常工作的目的。2.2 方案設(shè)計221設(shè)計方案一電路圖9D1D2D3U15:A7畫 U6sB# U6sCo丄 心II卩U5:AU4C274LS32.12 IU5:F74L.4 一U11:A555DC7R2 ,R :THR1U1U13IB丨2ULFI2U14D74U16:C】U1:A-2T14-U7:AU7:BU1：首先，先用555定時器制作一個1HZ的脈沖信號。其次，設(shè)計分別實現(xiàn)三種圖案的電路圖，搖擺狀態(tài)與暗點循環(huán)用74LS90和74LS139即可

6、單獨分別實現(xiàn)，逐個點亮逐個熄滅用74LS194制作一個4位扭環(huán)形計數(shù)器即可。然后，用兩個74LS90制作了一個四分頻加一個十進制，相當(dāng)于一個四十進制。通過設(shè) 計要求可以分析出搖擺狀態(tài)、暗點循環(huán)、逐個點亮逐個熄滅各占了12、12、16,也就相當(dāng)于3:3:4，用一個四分頻加一個十進制就可以實現(xiàn)前12秒使搖擺狀態(tài)進行正常工作，13到24秒使暗點循環(huán)正常工作，最后16秒使最后一個狀態(tài)正常工作，即將十進制計數(shù)器輸出端通過邏輯電路接分別到 L1、L2、L3，使L1 : 0、1、2時輸出為1其余狀態(tài)為0，L2: : 3、4、 5輸出為1其余狀態(tài)為0，L3: 6,、7、8 9輸出為1其余狀態(tài)為0,并將L1，L

7、2接上非門 分別接到其對應(yīng)狀態(tài)的 74LS139的使能端，L3直接接到逐個點亮逐個熄滅的 74LS194的清 零端。最后，經(jīng)過分析和計算將三種圖案狀態(tài)的輸出端和使能端分別通過邏輯電路接到四盞燈上，使搖擺狀態(tài)、暗點循環(huán)、逐個點亮逐個熄滅能夠有序的結(jié)合并循環(huán)起來，從而達到實驗 要求，實現(xiàn)電路功能。222設(shè)計方案二電路圖1R1R J QJ21hR2DCC21TR : THU15:AU3:AU14:FU18:AI10U17:BU17:AU4:Dr-Jj U5首先，利用555計時器做一個輸出為 1HZ的脈沖信號。其次，利用74LS90、74LS138、74LS139設(shè)計序列號，例如左邊第一盞燈： 010

8、1010101010111011101110111100001111000，可以發(fā)現(xiàn) 0101 循環(huán) 3 次，0111 循環(huán) 3 次， 01111000循環(huán)2次，其中0為滅1為亮，依次類推也可以寫出第二、三、四盞燈的序列脈 沖。然后，用方案一中的方法，使前12秒L1為1其余為零，13到24秒L2為1其余為零，左后16秒L3為1其余為零。然后將脈沖 CP分別于L1、L2、L3相與形成選通電路，然后分 別依次接入到三個狀態(tài) 74LS90的CP上，同時L1、L2、L3分別接非門后接到三個狀態(tài)譯碼 器的使能端上，不工作時輸出全為1。最后，將三個譯碼器各個輸出端相對應(yīng)的Qn端接非門后再接到三輸入與非門上

9、，接到各個燈上，就能實現(xiàn)電路功能。2.3 方案比較方案一和方案二都運用了四分頻，并通過組合電路把每一部分成功的組合了起來，方案一在實現(xiàn)各個狀態(tài)時分別用了計時器、譯碼器和移位寄存器， 最后經(jīng)過分析將其使能端或清零端接出和各個輸出端 Qn經(jīng)過邏輯門相連便能實現(xiàn)其功能；方案二則分析出了四盞燈的序 列號，然后進行組合便實現(xiàn)了三種圖案的轉(zhuǎn)化。相對來說，方案二所用元器件更多，組合更 復(fù)雜，方案一相對更于理解和分析，且元器件更豐富化。3、部分電路設(shè)計3.1 四十進制設(shè)計374LS04U5：F1lS4/Z74LS04 斗U50374iS99R9(R0R0 1 14CKCKAU911Q3 Q2Q1 Q0219C

10、KCKAQ3Q2Q1Q0U5:D5金8R2R40kI131210911 10 974LS08 U7：D說明：先用74LS190制作一個四進制和一個十進制，然后將Q1接出接到十進制的 CKA端，然后通過卡諾圖分析得到L1、L2、L3的邏輯表達式，即得到 L1在前12秒為1其余為 0，L2在13到24秒為1其余為0, L3在最后16秒為1其余為0的結(jié)果。74LS90引腳圖及功能表：d14n i109L03H Is7I2L冷痕S00 GMDOaQeIMPUT ROM,HCfW 門 卿復(fù)位輸入輸出Rj Ri SiSiQdQc 4 QH H L XL L L LX LI. L L LX X H HH L

11、 L HX L X L計數(shù)L XI.X計數(shù)L XXl.計數(shù)XL LX計ft3.2 搖擺狀態(tài)說明：如上圖，用74LS90制作一個四進制計數(shù)器， 將Q0、Q1分別接A、B ,通過74LS139輸出，然后將 Y0、Y2和Y1、Y3分別接入兩個與門后輸出，在分別將其輸出接到D1、D3和D2、D4，在脈沖信號作用下，便能實現(xiàn)搖擺功能。例如：AB輸入00時，Y3Y2Y1Y0輸出1110,因此燈 D1、D3滅，D2、D4亮。74LS139引腳圖及功能圖輸入ft出1G匚IBHvccA,p1A匚2HXXHHHHIB U14LLLLHHII1Y0匚4 74LS1391?2BLLHHLHH1Y1匚512-1EYDL

12、HLHHLH1Y2 L6112Y1LHHHHHL1Y3匚710p2Y2H-高電甲GND匚892Y3L 低電平3.3 暗點循環(huán)說明：如上圖，用 74LS90制作一個四進制計數(shù)器，QO、Q1接到A、B上，再將Y0、Y1、Y2、Y3分別接到D1、D2、D3、D4上，在脈沖信號作用下即能實現(xiàn)暗點循環(huán)的功能。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計3.4 逐個點亮逐個熄滅U1(CLK)D4LED-REDii說明：如上圖，用 74LS194設(shè)計4位扭環(huán)形計數(shù)器，在脈沖信號作用下，便能夠?qū)崿F(xiàn) 逐個點亮逐個熄滅的循環(huán)狀態(tài)。74LS194的引腳圖及功能表:%幺沐幺CP鞋抵nnnnnnnn169374LS1P41Eu u

13、 u u uCR D A B C D DRLM 1 MqDsr CP山 D2 D Dj Qs Qz Q;0X X X X XX X X X0 0 0 0111 X X tDC BADC BA110 d x tX X X XQ12 Q i C.ij !101 X d tX X X XdQ3 Qj Qi10 D x x xX X X X棵幷F4L冒沙4功極去3.5 時鐘脈沖信號的制作40kR1U174C210nFQDCCVV555TRDTH137526R217KC118uF4、調(diào)試與檢測4.1 調(diào)試中故障及解決辦法在調(diào)試過程中，電路也曾出現(xiàn)了一些問題，例如:如上圖，原先我是按上圖接法，接到四盞燈上

14、，但是在運行的時候，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運行 到最后一種狀態(tài)時，燈是從1111開始變化，與題意不符，因此這個時候我又重新考慮了移位寄存器的清零端和譯碼器的使能端，與實際情況相結(jié)合，寫出其相對的邏輯表達式，連接后就得到了最后的原理圖。4.2 調(diào)試與運行結(jié)果打開軟件后，點擊“調(diào)試”下的“開始重啟動調(diào)試”，或者直接按“ Ctrl+F12 ”，電路就開始調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)燈開始閃爍。運行結(jié)果：首先，開始運行時，從左往右數(shù)第二盞和第四盞同時點亮，第一盞燈和第三盞燈滅，1秒后，第一盞燈和第三盞燈同時點亮，第二盞和第四盞同時熄滅，此過程重復(fù)了 6次，時間12秒；然后，左邊第一盞燈熄滅，其余三盞燈點亮，過1秒后，左邊第二

15、盞燈熄滅，其余三盞燈點亮，依次到第四盞燈熄滅，其余三盞燈點亮，此過程重復(fù)3次，時間12秒；最后，四盞燈全滅，每隔 1秒，從左往右依次點亮一盞燈，全亮?xí)r，從左往右又依 次熄滅一盞燈，直至全滅，此過程重復(fù)循環(huán)2次，時間16秒。此后，四盞燈便按上述步驟所述自動重復(fù)循環(huán)，每個周期為40秒。5、仿真操作步驟及使用說明點擊仿真運行按鍵后，四盞燈將會按照下面的順序進行亮滅：1為亮，0暗）搖擺狀態(tài)：0101,1010,0101,1010,0101,1010,0101,1010,0101,1010，0101,1010暗點循環(huán)：0111,1011,1101,1110,0111,1011,1101,1110，011

16、1,1011,1101,1110逐個點亮逐個熄滅：0000,1000,1100,1110,1111,0111,0011,0001,0000,1000,1100,1110,1111,0111,0011,0001隨后，四盞燈按上述狀態(tài)依次重復(fù)運行，周期為40秒。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計結(jié)束語通過兩周的課程設(shè)計，我掌握并鞏固了數(shù)電知識，學(xué)會了運用芯 片設(shè)計電路，而且通過邏輯關(guān)系把成功的把電路組裝在一起。 在這兩 周的學(xué)習(xí)中，我從剛拿到題目時的無從下手時的迷茫中逐漸找到了自 信，看了很多資料，問了很多同學(xué)，終于設(shè)計出了三種圖案彩燈控制 器。設(shè)計時，找樂很多芯片，有很多也沒用到過的，但通過查資料

17、， 還是成功的了解了每個芯片的意義， 從而選擇了比較適合的芯片，把 各部分電路組裝在了一起。在本次課程設(shè)計中，我提高了獨立思考分析的能力，訓(xùn)練效果比 課堂上的純理論學(xué)習(xí)效果好的多，在遇到問題時，能夠及時問老師、 問同學(xué)、查資料解決，得到了意想不到的效果，收獲頗豐，希望自己 能夠在接下去的生活中能夠愈發(fā)自信，努力和向上。17參考文獻-電工電子綜合課程設(shè)計1 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版），高等教育出版，2006.12 郭少勇.實驗電子技術(shù)，石油出版社3 王蘭君.新編電工使用電路500例,河南科學(xué)技術(shù)出版社4 王源.使用電路基礎(chǔ)，機械工業(yè)出版社 鐘誼.電子線路實戰(zhàn)，科學(xué)出版社 何緒芃，曾發(fā)

18、柞脈沖與數(shù)字電路成都：電子科技大學(xué)出版社，2001.17 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字部分）武漢理工大學(xué)教材中心8 鄧勇.數(shù)字電路設(shè)計完全手冊.北京：國防工業(yè)出版社。9 梁宗善.新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，華中理工大學(xué)出版社，2007.1210 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社,200011 蘇玉剛，陳渝光.電力電子技術(shù).重慶：重慶大學(xué)出版社,2003.412 張葛祥.MATLAB真技術(shù)與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)大學(xué)出版社,200313 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.電子工業(yè)出版社，200214 王興亮主編.現(xiàn)代音響和調(diào)音技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版，200615 包亞萍主編.數(shù)字邏輯設(shè)計與數(shù)字電路實驗技術(shù).中國水利出版社，200316 朱寶華主編.電子測試與實驗.清華大學(xué)出版社，2004.417 陳永甫主編.數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖.人民郵電出版社，2006.518 周惠朝.常用電子元件及典型應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，200519 劉修文主編.實用電子電路設(shè)計制作300例.中國電力出版社，200574HC1110rC21474_SS0R9IR0R0(1